MINISTÈRE DE L'INDUSTRIE ET DE LA RECHERCHE

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONALB.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12

ÉTUDE DES POSSIBILITÉS D'EXPLOITATIONDE L'EAU CHAUDE DU DOGGER

DANS LA RÉGION D'EMERAINVILLE (Seine-et-Marne)

par

G. CORNET et R. GABLE

Département géothermie

B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12

75 SGN 028 GTH Orléans, novembre 1974

RESUME

Cette étude a pour but de préciser les conditions d'extraction d'eauchaude du Dogger en vue de chauffer de nouveaux logements dans la régiond'Emerainville à l'Est de Paris Centre la Seine et la Marne,au Sud de Lagny].

A partir de 1704 m de profondeur, le Dogger, épais de 140 m, recèle 100 mde formations calcaires de porosité supérieure à 6 % et d'une valeur moyenne de 13 3pouvant former réservoir.

L'eau de gisement a une salure élevée de 30 g/1, principalement due auchlorure de sodium ; sa température est de 70° ± 5°C.

Deux données essentielles restent légèrement'imprécises, faute de rensei-gnements que n'ont pu fournir les forages proches :

1) la perméabilité qui a été estimée à 0,4 darcies d'après celle de larégion de Melun au Sud et à 0,1 darcie d'après des-tests'pétro- 'liers. Les calculs ont été faits avec ces deux valeurs j

2] la pression de gisement qui paraît exceptionnellement élevée dans larégion, mais sans confirmation certaine de la seule valeur connue :38 Kg/cm2; à 15 km au Sud-Est de Pontcarré.

Les calculs ont été faits pour trois valeurs de cette pression (10 Kg,15 kg, 20 kg].

Des abaques simples permettent d'estimer les puissances de pompage (ex-traction et injection] pour les deux valeurs de perméabilité et pour toutes pres-sions comprises entre 10 et 20 kg/cm2. Pour la pression la plus vraisemblable,15 kg/cm2, et un débit de 150 m3/h, le forage sera artésien si la perméabilité estde 0,4 darcie. Un pompage à 150 m de profondeur exigeant une puissance de 144 CVsera par contre nécessaire si cette perméabilité est de 0,1 darcie;

Le système proposé étant celui de l'injection des eaux utilisées dans leDogger afin d'éviter la pollution en surface et d'assurer l'entretien des pressionsde la nappe (système du doublet de forage], il sera nécessaire de disposer d'unepuissance d'injection de 165 CV pour réaliser cette injection si la perméabilitéest de 0,4 darcie: et de 285 CV dans le cas où elle serait limitée à 0,1 darcie.

En tout état de cause, l'opération est donc réalisable, mais la détermi-nation des perméabilités devra précéder l'achat des pompes.

Quelques précautions pour le contrôle de l'action chimique des eaux etpour la détection des fuites dans les terrains superficiels à partir du forage d'in-jection sont également indiquées.

Un programme de forages, les spécifications techniques et l'équipement deceux-ci, une estimation des délais et des coûts sont enfin donnés.

SOMMAIRE

Pages

I - INTRODUCTION ..... 1

1 - GENERALITES 12 - INTERET DE L'INJECTION DES EAUX UTILISEES 1

II - ETUDE GEOLOGIQUE , 21 - PREVISIONS DE FORAGE, NATURE ET PROFONDEUR DpJRESERVOIR 22 - APERCU STRUCTURAL ET VARIATIONS DE FACIES DES ROCHES 3

III - CARACTERISTIQUES LOCALES DU RESERVOIR 4

1 - PROFONDEUR DU TOIT DU RESERVOIR 42 - TEMPERATURE DE L'EAU DU GISEMENT 43 - EPAISSEUR DU RESERVOIR ET POROSITE 44 - PERMEABILITE DE L'AQUIFERE 45 - PRESSION DE GISEMENT 56 - HYDRODYNAMISME NATUREL 57 - ESPACEMENT ENTRE LES FORAGES D'EXTRACTION ET D'INJECTION 68 - CHIMIE DES EAUX - MESURES PHYSICO-CHIMIQUES NECESSAIRES 6

IV - POMPAGE ET INJECTION. ESTIMATION DES PRESSIONS 8Í - GENERALITES 82 - EXPRESSION DES FAITS 83 - PRESSION DE GISEMENT (Pg) 94 - PERTES DE CHARGES DANS L'EQUIPEMENT DE FORAGE (Pcq) 95 - PRESSION HYDRODYNAMIQUE DE DEBIT (Phq) 96 - PUITS D ' EXTRACTION .97 - PUITS D'INJECTION 108 - RESULTATS 11

8.1 - Puits d'extraction 118.2 - Puits d'injection 12

9 - PRESSION HYDRODYNAMIQUE D'INJECTION Phq ET PRESSION DE FRACTURA-TION 14

10 - PUISSANCES DE POMPAGE UTILISEES 1410.1 - Extracti on 1510.2 - Injection 15

11 - PUISSANCE THERMIQUE DISPONIBLE 15

V - CONCLUSIONS SUR L'ETUDE HYDRODYNAMIQUE 17

VI - REALISATION DES FORAGES 18

1 - GENERALITES ... 181.1 - Forages inclinés 181.2- Forage d ' extracti on 181.3 - Forage d'injection ., 181.4 - Cas de deux doublets 181.5 - Intérêt de l'acidification 19

Pages

2 - PROGRAMME DE FORAGES DIRIGES 192.1 - Génie civil ......... 192.2 - Déroulement , 192.3- Programme boue 192.4- Composition des tubages 202.5 - Opérations S.P.E. (diagraphies) ,. 202.6 -Programme d'essais sur le réservoir 21

3 - EQUIPEMENT DES PUITS .. 214 - DELAIS 21

VII - DEVIS ESTIMATIF 22

1 - FORAGE 222 - ESSAI DE POMPAGE 223' - EQUIPEMENT DES PUITS , 224 - GROUPE DE POMPAGE 23

VIII - CONCLUSIONS GENERALES 24

LISTE DES FIGURES, PLANCHES ET TABLEAUX

Pages

Figures 1 - Carte des isobathes au toit du Dogger (1/500 000] 3 v

2 - Coupes du Dogger 3 Y

3 - Carte des pressions de gisement au toit du Dogger (1/500 000) .. 5 v

4 - Carte des salinités du Dogger (1/500 000) 6 *

5 - Diagrammes-d'analyse d'eau 6 °

6 - Puits d'extraction, abaque pour Pdq 12

7 - Puits d'injection, abaque pour Piq 13

8 - Schéma de doublets 18

Tableaux 1 et 2 - Puits d'extraction : pressions de pompage 11-12

3 et 4 - Puits d'injection : pressions d'injection 13

Planches I - Coupe géologique WÏNW ; E.SE

II - Coupe géologique SW ; NE

I - INTRODUCTION

1 - GENERALITES

Cette étude a pour but de préciser les possibilités d'exploitation d'unenappe d'eau chaude souterraine pour le chauffage de cités urbaines devant êtreconstruites dans la région d'Emerainville (en x : 621,300 ¡et y :'"'123J500) .

Des principales nappes captives profondes reconnues dans cette partiedu Bassin parisien, celle du Dogger doit être retenue à cet effet. La •• " " .nappe de l'Albien y est trop peu profonde pour fournir une eau assez chaude etcelle du Trias trop peu connue pour faire l'objet d'un projet.

Nous nous appliquerons donc à déterminer les caractéristiques de cettenappe du Dogger, profondeur, température, perméabilité, etc v données naturellesfixant les limites des possibilités, à partir desquelles seront précisés les débitsà espérer, l'énergie nécessaire à la mise à la disposition de la ressource, lesspécifications techniques et les coûts de l'opération.

Une première partie de cette étude analysera les données naturelles etdéfinira les conditions d'obtention d'une gamme de débits allant de 50 m3/h à200 m3/h.

Une seconde partie décrira les caractéristiques des ouvrages, les spéci-fications techniques à respecter, enfin le programme et le coût des réalisations.

2 - INTERET DE L'INJECTION DES EAUX UTILISEES

II est proposé de procéder à l'injection de l'eau utilisée dans sa for-mation d'origine afin d'éviter les problèmes de pollution que poserait le rejet ensurface ou dans des nappes peu profondes. Accessoirement, ce système assure lemaintien de:la pression de la nappe. Cette injection se fera à l'aide d'un secondforage d'où.le nom de "doublet" donné à l'ensemble.

L'écartement des forages doit être suffisant pour éviter le recyclage del'eau froide pendant la durée du doublet fixée à 30 ans, période de vie moyenne re-connue pour des forages d'eau et durée raisonnable de l'amortissement.

- 2 -

II - ETUDE GEOLOGIQUE

1 - PREVISIONS DE FORAGE. NATURE ET PROFONDEUR DU ."RE SERVO IR

La série des terrains qui seront rencontrés est déduite des travaux pé-troliers de la région et plus particulièrement du forage le plus proche : Pontcarré 1.

Les profondeurs sont données à partir du sol.

Quaternaire et Tertiaire : o à 200 m

- marne,•grès et calcaire (115 m) jusqu'à 115 m

- marne (85 m] jusqu'à 200 m

Crétacé supérieur de 200 à 706 m (506 m)

- craie blanche à silex noirs très abondants (317 m] jusqu'à ... 517 m- craie grise plus marneuse (86 m] jusqu'à 603 m- craietrès marneuse grisâtre (12 m] jusqu'à 615 m-- marno-calcaire très gréseux (65 m] jusqu'à 680 m- marne sableuse et calcaire gréseux et glauconieux (26 m]jusqu'à 706 m

Crétacé inférieur de 706 m à 1033 m (327 m)

-"marne plastique noire du Gault (Albien supérieur ; 44.mD;..Djusqu'à 750 m

- sable jaune et vert à passées d'argile sableuse (Albien infé-rieur et Aptien ; : - 87 m) " j usqu 'à 837 m

- marne sableuse gris-noir (34 m) jusqu'à 871 m- argile sableuse bariolée 'rouge et blanche -;-(33 m) jusqu'à 904 m- marne grise sableuse (47 m) jusqu'à 951 m- calcaire marneux brun clair (banc repère •: - 7 m) jusqu'à ... 958 m'.- grès marneux et argile pyriteuse à lignite (faciès Wealdien -.

- 74 m] jusqu'à 1032 m

Ces cinq derniers termes-représentent un Crétacé inférieurindifférencié comprenant le Barrémien et le Néocomien.

Jurassique supérieur de 1032 m à 1702 m (730 m]

- calcaire marneux, puis calcaire fin, puis calcaire pseudo-' oolitHilque, enfin dolomie et calcaire dolomitique passant àdes marno-calcaires (Purbeckien •:- 47 m] jusqu'à 1079 m

- calcaire sublithographique, marno-calcaire noir, puis caltr,'..1.caire sublithographique passant à des alternances de cal-caire marneux et de marno-calcaire à huîtres, enfin calcairesublithographique (Portlandien . :•• 119 m) jusqu'à 1198 m

- alternance de marne schisteuse noire et calcaire marneux,fin en bancs plus épais à la base (Kimméridgien : i - 129 m]jusqu 'à » ......0... •••• .1327 m

- calcaire marneux et calcaire oolithique alternant, puiscalcaire compact parfois oolithique, devenant détritique et.parfois récifal, mais plus ou moins marneux (Sequanien etRauracien -; - 145 m) jusqu'à 1472 m

- 3 -

- marno-calcaire gréseux, puis marne noire schisteuse avecmarno-calcaire gréseux, enfin marne sableuse (Argovien :- 87 mû jusqu'à 1559 m

- marne schisteuse et pyriteuse avec marno-calcaire Cbanc decalcaire beige fin au sommet/ü'-SmJ^püisí calcailPë'mar- ? :. —neux beige et marno-calcaire pyriteux, enfin marne schisteuseet pyriteuse avec quelques bancs calcaires (Oxfordien :- 106 m] jusqu'à .... 1667 m

- banc repère de calcaire à oolithes ferrugineuses (3 m] puismarne et marno-calcaire gris-noir zoogène (Callovien ? : - 35 m)jusqu'à 1702 m

Jurassique moyen (Dogger)

Le forage de Pontcarré n'ayant recoupé que la partie très supérieure duDogger, la coupe est établie à partir des forages de Coupvray 1 et Favières 1pour cette formation.

-calcaire marneux puis calcaire compact oolithique (Bathonien ;15 m] jusqu'à 1717 m

- calcaire sublithographique et calcaire noduleux et graveleuxporeux, devenant oolithique et formant un premier réservoir(Bathonien : :- 90 m] jusqu'à 1807 m

- Calcaire dolomitique et dolomie cristalline (Bathonien ;- 13 m] jusqu'à 1820 m

- calcaire aolithique crayeux, poreux, fppmant réservoir. . (Bathonien :-• 15 m] jusqu'à , 1835 m- calcaire marneux zoogène et calcaire compact (Bajocien ;

15 m) jusqu'à 1850 m- marnes calcaires à huîtres et marnes ^Bajocien ; 40-m)-•jusqu'à 1890 m

2 - APERCU STRUCTURAL ET VARIATIONS DE FACIES DES ROCHES

La figure 1 donne une carte des profondeurs du toit du Dogger. Elle montreque le Dogger est incliné vers l'Est et marque un léger bombement entre Paris etEmerainville. La profondeur à prévoir pour le projet est de l'ordre de 1700 m avecune marge d'erreur de ± 25 m causée par la présence de failles locales ayant puéchapper à la prospection géophysique.

Les planches I et II donnent une coupe N.NW-E.SE et une coupe N.NE-S.SWmontrant les variations de faciès et de profondeur dans la région.

La figure 2 donne les coupes détaillées des forages proches, la coupesupposée du Dogger à Emerainville et les variations de porosité dans le réservoirdéterminées à partir des diagraphies "neutron" et "sonic".

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Fig. I —Carte des isobathes au toit du Dogger1/500000

( en metres au dessous du niveau de la mer )

"9" Forage

' — Courbe isobathe

- 4 -

III - CARACTERISTIQUES LOCALES DU RESERVOIR

1 - PROFONDEUR DU TOIT DU RESERVOIR

A Emerainville, en se basant sur les forages voisins et en tenant comptedu pendage des couches, le toit du Dogger serait à une profondeur de 1702 m et letoit du premier réservoir [1er niveau calcaire ayant une porosité appréciable] sesituerait vers 1717 m. Il n'est pas impossible cependant que les calcaires compactscompris entre 1702 m et-1717 m soient fissurés et fournissent déjà un débit inté-ressant. L'interprétation des données de géophysique montre cependant qu'il fautintroduire une marge d'erreur de ± 25 m. Pratiquement on peut estimer que la pro-fondeur du 1er réservoir est de 1717 m ± 25 m.

2 - TEMPERATURE DE L'EAU DE GISEMENT

Les gradients géothermiques fournis par les.forages voisins sont del'ordre de 3°3 à Corbeil 1, 3°3 à Carrières-sur-Seine, 3°3 à Pontcarré (forage leplus proche), 3°58 à Villeroy, 3°60 à Nandy, 3°39 à Nangis et Melun. On peut esti-mer qu'à Emerainville le gradient est de l'ordre de 3°3. La température de l'eaudu Dogger serait alors de l'ordre de 70° ± 5°.

3 - EPAISSEUR DU RESERVOIR ET POROSITE

L'épaisseur du réservoir, plus particulièrement l'épaisseur efficace ousomme des épaisseurs des couches ayant une porosité suffisante [supérieure à 6 %)pour former un réservoir, est tirée des diagraphies "neutron" et "sonic" réaliséesdans les forages proches [fig. 2). '

L'épaisseur efficace totale observée est de l'ordre de 100 m et la poro-sité moyenne des couches de 13 %.

4 - PERMEABILITE DE L'AQUIFERE

Cette grandeur est difficile à estimer-en l'absence de pompages d'essai[ou d'essais de débit) prolongés pendant un temps suffisant pour que la valeurobtenue puisse être représentative d'un volume de terrain assez grand autour duforage.

Nous disposons-de deux sources d'information pour estimer la perméabilité

- Le forage de Melun, où nous connaissons le débit et la pression de lanappe qui, diminuée des pertes de charge dans le forage pour ce débit, fournit lapression hydrodynamique [ou pertes de charges dans le terrain pour ce même débit).

La formule d'écoulement permanent permet d'estimer la perméabilité :

Pnq = _ s ^ _ ln _1_

avec : . .Phq : pression ,hydrodynamique de débit = 4 Kgq : débit = 3,78 104 cmVsecondev : viscosité du liquide = 0,4 centipoisek : perméabilité en darcies

CORBEIL PROJECTION D EMERAINVILLE^ FAVIERES -PONTCARRE COUPVRAY

SW

LEGENDE

| ¡,̂ f| Calcaire fissure

I j, îo| Calcaire oolithique

I/1///I Calcaire graveleux

I \'\ ;\ Calcaire dolomitique

Calcaire marneux

I Marne ou argile

Porosités d'après

Logs " neutron"

Logs Sonics

Hauteurs I / 2 O O O

Distances 1 / 2 0 0 0 0 0

EMERAINVILLE'PONTCARRE

0 5 10 15porosité en %

COUPVRAY

FAVIERES

'CORBEIL

Carte de situation1/500 000

1752

Fig.2- COUPES DU DOGGER

0 5 10 15 20

porosité en %

NE

- 1775

- 1800

- 1825

1882

1893

- 1925

O 5 10 15 20

porosité en %

Fig .3 -Car te des pressions de gisement au toit du DoggerI /50O00O

( en kg/cm2 au dessus du niveau de la mer )

• < ! > - Forage

13 31 Pression

- Courbe ¡sopièze

Nota : D'après cette carte la pression au sol a Emerainville cote 109 serait de 32-10,9 = 21,1 kg

- 5 -

h : épaisseur du réservoir en cmr : rayon du puits en cmR : rayon d'action du puits en cm.

Faute de connaître cette grandeur qui varie d'ailleurs avec le temps,certains auteurs prennent In R = 2ir.

r

Dans ces conditions, on trouve, pour le forage de Melun, k = 0,4,darcieyvaleur qui, d'après ce qui vient d'être dit, serait une valeur par excès.

- Les tests réalisés dans les forages pétroliers qui malheureusement por-tent sur des temps de mesure courts ; leurs résultats ne concernent que des régionstrès proches du forage et sont difficilement extrapolables à la partie du réservoirintéressé par l'exploitation. Différents tests réalisés dans le Dogger du bassinde Paris fournissent une valeur de K = 0,1 darcie.-, valeur par défaut.

Afin d'illustrer l'effet des variations de ü sur les pressions d'ex-traction (ou sur les profondeurs de pompage] et sur les pressions d'injection, lescalculs ont été faits pour ces deux valeurs de k qu'il est prudent toutefois de nepas considérer comme des limites extrêmes.

5 - PRESSION DE GISEMENT

La pression de gisement peut être exprimée soit par rapport au niveau dela mer (en kg/cm2 ou hauteur de colonne d'eau - pour une eau de densité 1], soitpar rapport au sol. Ce dernier mode d'expression permet de rendre compte d'un ar-tésianisme éventuel et de calculer la dépression à exercer par pompage pour obte-nir le débit demandé.

La figure 3 donne une carte des pressions par rapport à la mer. Gn y re-marquera que les pressions sont mal connues aux forages les plus proches du projet.Les pressions mesurées dans des régions plus lointaines montrent, dans toutes lesdirections, un accroissement de pression vers Emerainville. Cet indice est favora-ble à un artésianisme fort. La seule mesure proche dont nous disposons, celle deFavières, va dans le. même:- sens, et indiquerait une pression élevée de l'ordrede 38 kg au-dessus de la mer, soit 27 kg au-dessus du sol. Malheureusement, elledoit être quelque peu suspectée faute de confirmation par une mesure voisine.Dans les calculs nous envisagerons donc différentes hypothèses de pression pourmontrer l'influence de sa variation.

A cet effet, nous avons retenu les pressions suivantes exprimées enkg/cm2 au sol :

- 20 kg soit 7 kg de moins qu'à Favières, point de pression mesuréemaximale ;

- 10 kg soit la pression déjà estimée à Corbeil ;- 15 kg, moyenne des deux chiffres précédents et valeur vraisemblable-ment la plus proche de la réalité.

6 - HYDRODYNAMISME NATUREL

La même carte montre que l'eau de la nappe s'écoule de Pontcarré versl'Ouest avec un gradient G de l'ordre de 0,13 kg par km. La vitesse de cet écou-lement

"" P v

avec k = perméabilité, p = porosité, v = viscosité, est de l'ordre de 3,1.0 m paran.

- 6 -

En 30 ans, 1'hydrodynamisme naturel déplacera l'eau de 95 m environ, soitprès de 10 % de la distance entre 2 forages [voir ci-dessous]. Il est donc prudentd'implanter le puits d'injection à l'aval du puits d'extraction, soit vers l'Ouest.L'effet de 1'hydrodynamisme naturel pourra alors contrarier^dans une faible mesureil est vrai, l'appel de l'eau froide injectée vers le puits d'extraction qui lui,engendre un déplacement de l'ordre de 1000" m.

7 - ESPACEMENT ENTRE LES FORAGES D'EXTRACTION ET D'INJECTION

L'injection de l'eau utilisée dans la couche d'origine présente le doubleavantage d'entretenir la pression naturelle du réservoir et de résoudre le problèmede l'évacuation de l'eau extraite car celle-ci est polluante en raison de sa tempé-rature (+ 30°C) et de sa salure (25 g/1).

Cependant, l'injection doit être faite à une distance telle du prélève-ment que l'eau froide ne puisse atteindre le puits d'extraction avant un délai égalà la durée du doublet.

Un programme de calcul a 'permis d'établir un abaque donnant cet espace-ment en fonction de l'épaisseur utile du réservoir, de la porosité, de la duréesupposée du doublet (30 ans) et des débits d'extraction.

L'abaque donne, suivant cette dernière variable, les espacements ci-dessous :

460 m pour un débit de 50 m3/h660 m " " 100 m V h840 m " " 150 m V h960 m " " 200 m3/h.

Il est donc raisonnable d'espacer les forages de 1000 m [1'hydrodynamismede la" nappe' assurant une "garde" supplémentaire de 95 m).

8 - CHIMIE DES EAUX - MESURES PHYSICO-CHIMIQUES NECESSAIRES

La composition chimique des eaux traduite en équivalent de NaCl est re-présentée sur la figure 4. Il faut s'attendre à rencontrer dans le Do'ggdr des eauxchargées à environ 25 g/1.

Des compositions chimiques types d'eaux du Dogger de la région sont ras-semblées sur le diagramme de la figure 5. On notera cependant qu'il s'agit de fo-rages relativement lointains et qu'au voisinage d'Emerainville, on ne dispose quede mesures globales de résidu sec montrant que la salure totale atteint 27 g/1 àPontcarré et 30 g/1 à Favières. Dès lors, on peut- s'attendre à rencontrer des sa-lures de l'ordre de 25 g à Emerainville.

Les compositions détaillées dont nous disposons montrent la nette prédo-minance des ions Cl et Na (10 g/1 de CINa à Melun pour une salinité globale de 13 g),La teneur élevée en CINa et la grande solubilité de ce sel permettent; de ,penser ,qu'àEmerainville, les eaux présenteront la même prédominance mais avec une concentra-tion doublée.

Le caractère incrustant ou agressif des eaux, quant aux variations deteneur en CO 2; donc'en carbonates, en fonction des variations de température et depression, exige, pour être précisé, le dosage du CO2 et la mesure du pH à la têtedu puits lors des pompages d'essai. (Cette opération ne peut être faite sur deséchantillons transportés qui perdent alora leur CQ 2).

- 7 -

Le même dosage in situ devra concerner l'acide suifhydrique H2S qui peutégalement rendre les eaux agressives.

Le caractère incrustant des eaux concerne également l'injection qui ris-que de colmater les terrains au voisinage du forage.

Enfin, il est souhaitable de connaître les teneurs, en \ fer, SiO2 etpour les mêmes raisons. Le contrôle de la permanence de la nature chimique deseaux au cours de l'exploitation est souhaitable. Il pourra être assuré globalementpar la mesure du pH.

Un pH-mètre à 2 électrodes commutables permettra alors de contrôler lesvariations d'acidité des eaux extraites et injectées et ceci, au rythme d'une me-sure par semaine.

Enfin, la mesure précise de la densité de l'eau extraite à la températurede 70° permettra d'affiner le calcul des pressions. Cette mesure sera faite unefois pour toute au cours des pompages d'essai et dès qu'on sera sûr que les carac-téristiques physico-chimiques de l'eau sont devenues constantes.

Fig.4-Carte des salinités du DoggerI/5OOOOO

( en g/l de CI Na)

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Courbe d.iso-salinite

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7459

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pH

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- 8 -

IV - POMPAGE ET INJECTION. ESTIMATION DES PRESSIONS

1 - GENERALITES

Dans un forage en communication avec une nappe captive, l'eau de cettenappe peut remonter jusqu'au point-où s'établirait un équilibre entre le poids dela colonne d'eau ainsi constituée et la pression de la nappe.

Pour une pression de nappe assez forte, la cote du point d'équilibre peutêtre supérieure à la cote de la tête du puits et l'eau s'écoule, le forage étantdit artésien.

La différence entre les deux cotes précitées exprime, pour une eau dedensité égale à l'unité, la pression motrice de cet écoulement. Celle-ci, ou pres-sion de débit, est égale à la somme des baisses de pressions ou pertes de chargesengendrées par les pertes d'énergie par circulation dans le tubage et les terrains.

En abaissant le point de captage par pompage, on augmente cette pressionde débit. Quand le forage n'est pas artésien, la pression de débit de la pompe re-présente la somme de la pression d'écoulement et de la pression nécessaire à l'élé-vation de l'eau du point de stabilisation dans le tube à la surface du sol.

2 - EXPRESSION DES FAITS

La formule suivante rend compte de tous 'les cas :

Pdq = Pg - Pcq - Phq

avec :

Pdq : pression de débit de la pompe,Pg : pression du gisement mesurée à la tête du puits (elle cor-

respond à la différence de cote entre le point de stabili-sation et le sol. Elle est négative si le forage n'est pasartésien!) ,

Pcq : pertes de charges dans l'équipement du forage (crépines,tubes, pompes, ...3 au débit demandé,

Phq : pression hydrodynamique de débit ou perte de charge dansles terrains au débit demandé.

Nota : on ajoute parfois au second membre de l'équation une grandeur APq qui prenden compte des variations de pertes de charge dans le terrain, provoquées au voisi-nage du puits par des variations de. perméabilité de^l'aquifère. A ce stade du cal-cul, APq ne peut être pris en considération puisqu'il est lié aux conditions loca-les qu'on ne connaîtra qu'après forage. (Cet effet "pariétal" APq peut égalementrésulter de variations de viscosité de l'eau].

Cette formule, valable pour le puits d'extraction, s'applique égalementau puits d'injection, mais puisque l'eau y circule en sens inverse, les pertes decharges changent de signe :

Piq = Pg + Pcq + Phq- .

avec Piq : pression d'injectionle facteur APq étant ici aussi négligé.

- 9 -

3 - PRESSION DE GISEMENT;(Pg) -

Celle-ci a été établie et discutée au paragraphe III, 5 où il est montréqu'il convient, par prudence dans le cas d'Emerainville, de prendre plusieurs va-leurs en considération. Elle est finalement exprimée en pression au-dessus du sol.Le forage doit naturellement être artésien.

4 - PERTES DE CHARGES DANS L'EQUIPEMENT DE FORAGE (Pcq)

Celles-ci sont données pour différents débits à partir d'abaques prenanten compte les diamètres, longueur de forages, viscosité de l'eau, etc..

5 - PRESSION HYDRODYNAMIQUE DE DEBIT (Phq)

Cette pression estcalculée en considérant qu'elle résulte :

- au puits de pompage, de la différence entre la pression hydrodynamiquede débit du puits de pompage seul et la pression hydrodynamique d'injection aumême puits puisque l'injection assure le rétablissement de la pression dans la nap-pe (la transmission des pressions est quasi- immédiate en nappe captive) j

- au puits d'injection, de la différence entre la pression hydrodynamiqued'injection du puits d'injection seul et la pression hydrodynamique de débit aumême puits puisque l'extraction abaisse la pression de la nappe.

Toutes ces pressions hydrodynamique résultant de pertes de charges dansle terrain sont données par la formule de THEIS :

. 0,183 Q « 2,25 K t .k h 6 p.v.c rz

avecP : pression en un point de l'aquifère à la distante d_ du puits

avec, comme cas particulièrement intéressants dans cetteétude :

d = r = rayon du puitsd = R = distance à l'autre forage

Qvhkc

Pt

débit •viscosité de l'eau (en centipoises)épaisseur de l'aquifèreperméabilité de l'aquifère (en darcies)coefficient de compressibilité de l'aquifère (somme des coef-ficients de compressibilité de l'eau et de la roche]porosité en %temps écoulé depuis les démarrages (simultanés ici) des pompes

; d'injection et d'extraction.

6 - PUITS D'EXTRACTION

La pression hydrodynamique de débit est donnée par la différence suivante(paragraphe précédent) :

_, 0,183 Qv . 2,25 kt 0,183 Qv 2,,25 kt , .P h q ¡Th 1 O g p v c r* K~h l 0 Ê p v c R* C 2 )

où : • • •

le premier terme représente la pression induite par le puits d'extraction,ou la pression à la paroi du forage, donc d = r (rayon du puits)^,

- 10 -

le second terme représente la pression induite au forage d'extraction parle puits d'injection situé à la distance d = R.

On notera que :

- le volume d'eau froide injecté est très faible par rapport au volume duréservoir et que cette eau froide restera au voisinage du point d'in-jection. Pour le forage d'extraction, la viscosité à prendre en comptedans les deux termes est donc celle de l'eau chaude ;

- pour les mêmes raisons, on prendra le même coefficient de compressibi-lité aux deux forages ; *

- puisque les pompages démarrent en même temps, l'équation peut se sim-plifier

0,366 Qv n r .„.= k h l 0 g — C3]

et la pression Phq est indépendante du temps.

7 - PUITS D'INJECTION

Au puits d'injection, Phq est exprimé par la même différence :

- 0.183 Qv' 2,25 kt 0,183 Qv 2,25 kt , . ,P h q FF l o g p v'c'r* ¡Th 1OÊ p v c Ri C 4 ]

où :le premier terme est cette fois la pression induite par le puits d'injec-

tion et le second la pression induite par le puits d'extraction.

Par contre, on notera que :

- la viscosité de l'eau froide affecte la pression au voisinage du puitsd'injection. On doit donc tenir compte des viscosités différentes del'eau à la température d'injection v' et à la température d'extraction v ;

• - cependant, l'effet de la viscosité de l'eau froide restant limité auvoisinage'du forage, le résultat sera minoré de 4 % ;

- le coefficient de .compressibilité varie également mais les deux valeursde c et c' étant très voisines, elles seront confondues.

Les calculs ont été faits à partir des données suivantes :

Q en crnVs, pris successivement équivalent à 50, 100, 150,200 mVheure, soit :

i^fl.iO4, 2,77.10^, 4,15.1o14, 5,54. 10^ cmVs

K = 0,4 et 0,1 darcie.h = 10 000 cmp = 13 %c = 1,02.10"4

JV ' = 0,8 centipoisev = 0,4 centipoiser = 7,6 cmR = 105 cm. '

- 11 -

8 -.RESULTATS

Les résultats figurent dans le tableau 1 pour le puits d'extraction. Ona tenu compte des différentes valeurs de Pg déterminées au paragraphe III.5 et decelles de Pcq définies en UI.4.

Les résultats pour le puits d'injection sont donnés par le tableau 3.Les valeurs de Phqi (1er terme de la formule pour l'injection) et Phqd (secondterme) y sont explicitées puisque la formule ne peut, dans ce cas, être simplifiée.

On a également tenu compte des durées qui influent sur le résultat.

Par contre, le tableau 3 né tient compte que de la valeur de Pg = 20 kg/cm2.Les résultats pour Pg = 20j15 et 10 kg/cm2 sont donnés per le tableau 4.

8.1 - Puits d'extraction

Tableau 1 : Puits d'extractionPression de débit (ou de pompage)r:en kg/cm

2

Débits],

50 m 3 / h =

. 1,38.10 I*.jcm.3/s

100 m 3 / h et Pcq *

150 ifi3/h et Pcq =

200 m 3 / h et Pcq =

k

+ Pg

- Pcq

- Phq

Pdq

• - 1 , 6

= - 3 , 2

= -5

Pg =• + 20

0,4

+ 20 ,00

- 1,00

- . 2 ,10

as. + 17,00

=* + 14,20

+ 10,60

+ 6,70

0,1

+ 20 ,00

- -.1,00

- . 8 , 3 0

+ 11,70

+ 1,60

- ' 8 , 2 0

- 18,40

Pg = + 15

' 0 ,4

+ 15,00

- 1,00

- 2,10

=£ + 12,00

^ + 9,20

+ 5,60

•+ 1 , 7 0

0,1

+ 15,00

- 1,00

- 8,30

+ 6,70

- , 3 , 4 0

- 13 ,20

- 23 ,40

Pg » + 10

0 , 4 .

+ 10 ,00

- 1,00

- 2 ,10

ac* 7,00

£*+' 4,20

+ 0,60

- 3 ,30 ',

0,1

+ 10,00

- 1,00

- 8,30

+ 1,70

- 8,40

- 18,20

- 2,84

Nota :1) Le calcul est explicité pour 50 m3/h seulement.

2) Pdq = [- 18,40|,cas où le forage n'est pas artésien. Lorsque Pdq estpositif, Pdq exprimé une pression résiduelle qui, non utilisée par ou-verture du forage au niveau du sol, engendrerait un débit supérieur audébit indiqué à moins qu'on ne maintienne cette pression et réduise cedébit par vannage.

Pour une eau de densité 1, la profondeur de pompage peut être tirée im-médiatement du tableau 1. Les profondeurs réelles seront d'ailleurs très voisines,la salure alourdissant quelque peu-l'eau, mais la température l'allégeant.

Les résultats sont regroupés ci-après (tableau 2) selon les deux hypothè-ses de perméabilités et exprimés en profondeurs-..

Fig .6-Pui ts d'extraction

Abaque de détermination de Pdq en fonction de Q , Pg , et k

Pdq kg/cm :

Exemple = Pg = 19 , K = 0 , 4 , Q= l40m3 /h

artésianisme - 10kg a u - 100m

20

Exemple • Pg = 16 , k = 0,1 , Q = l60m3 /h

pompage — - 140m

10

-30-J- -300

100 150T

200

1 Q

- 12 -

Augmentes d'une garde de 10 m d'eau au-dessus de la pompe, ils fournirontles positions de la crépine de la pompe dans le tube d'extraction au-dessous de latête du puits. . -

Tableau 2 :. puits d'extraction - profondeurs de pompage

Pg -

Q i k -»•

50 m3/h

100 m3/h

150 mVh

200 mVh

• Pg 20

0,4

0

0

0

0

0,1

0

0

- 82 m

- 184 m

Pg 15

0,4

0

0

0

0

0,1

0

- 34 m

- 132 m

- 234 m

Pg 10

0,4

0

0

0

- 33 m

0,1

0

- 84 m

- 182 m

- 284 m

Ces tableaux montrent l'importance des perméabilités et des pressions degisement qui ne seront connues avec précision qu'après la réalisation d'un premierforage.

On remarquera que pour la perméabilité élevée K = 0,4, le forage d'extrac-tion sera artésien dans tous les cas sauf un et qu'il le sera en tout état de causesi l'on demande un débit égal ou inférieur à 150 m3/h.

Pour la perméabilité faible (K = 0,1) et en limitant la profondeur de pom-page à 150 m, l'obtention de 150 m V h reste possible dans tous les cas sauf un.

Dans ces conditions, l'opération présente de très fortes chances d'êtreréalisable.

En effet, la pression de gisement exprimée en pression au-dessus du solCartésianisme) la plus probable qu'on puisse rencontrer sera probablement proche de15 kg/cm2 (les résultats correspondants sont encadrés).

Les abaques de la figure B résument ces variations. On constate que lescourbes représentatives sont quasi-linéaires et que, par interpolation entre lespressions de gisement + 20 et + 10, on peut estimer la valeur de Pdq.

Remarque : Pour les forages .artésiens-, où le rabattement de la nappe (baisse de pres-sion provoquée par l'ouverture du forage au niveau du sol, ou par pompage) reste in-férieur à 25 % de la profondeur de la nappe, ce qui est le cas, le débit est propor-tionnel au rabattement (Pg + Pdq). La non-linéarité des courbes représentatives vientde ce qu'on .a tenu.- compte des pertes de charges dans les tubages, et éventuellementdes viscosités différentes des eaux chaudes et froides (cas du calcul de Piq).

8.2 - Puits d'injection

Le tableau 3 montre que la pression d'injection croît légèrement avec letemps> mais augmente surtout avec l'abaissement des perméabilités. Ces valeurs ontété calculées pour la seule pression de gisement au sol de 20 kg/cm2.

- 13 -

Tableau 3 : puits d'injection

Pression d'injection Piq en Kg/cm2 pour K = 0,4 et 0,1Pg = 20 Kg/cm2 et Q = 50, 100, 150, 200 m3/h

Durée ->

50 m 3 / h

Pcq = 1

100 m 3 / h ; Pcq = 1,6

150 m V h ; Pcq = 3,2

200 m 3 / h ; Pcq = 5

k .=

+Pg

+Pcq

+Phqi

-Phqd

+Piq

+Piq

+Piq

+Piq

106 s = 11,5 j

, . 0 . 4 •

+ 20

+ 1

+ 4,6

- 0,3

+. 25,3

30,3

36,3

42,2

... 0,1

' + 20

+ 1

+ 17,3

- 0,6

+ 37,7

59,9

71,3

•'" 8 9 , 5

108 s = 3,2 ans

0,4

+ 20

+ 1

+ 5,6

- 0,8

+ 25,8

31,3

37,7

44,2

•: ° ' 1

+ 20

+ 1

+ 21,3

- 2,65

+ 39,65

59

84,4

95,4

109 s = 32 ans

, 0,4

+ 20

+ 1

+ 6

- 1

+ 21

32,8

38,6

47,5

0,1

+ 20

+ 1

+ 23,3

- 3,7

+ 40,6

61,3

80,2

100,4

Nota : seul le calcul pour 50 m3/h a été détaillé.

Le tableau 4 donne les pressions d'injection calculées pour les pressionsde gisement de 20, 15 et 10 kg/cm2 pour les perméabilités 0,4 et 0,1 après 32 ansde fonctionnement.

Parmi les pressions de gisement, la pression de 15 kg/cm2 est la plus pro-bable [encadrée dans le tableau 4).

Tableau 4 : puits d'injection

Pression d'injection pour différents débitset différentes pressions au sol. Pg

Pg +

Qvlr • k -*•

50 m3 /h

100 m V h

150 m 3 /h

200 m3 /h

20 kg/cm2

0,4

26,1

• • 3 2 , 8

38,6

47,7

0,1

40,6

61,3

80,2

100,4

15 kg/cm2

• 0 , 4 . -

21,1

.27,8

33,6

40,7

0,1

.35,6

56,3

75,2

95,4

10 kg/cm2

0,4

16,1

22,8

28,6

35,7

0,1

30,6

51,3

70,2

90,4

Les abaques de la figure 7 permettent de déterminer les pressions d'injec-tion pour les valeurs intermédiaires entre 10 et 20 kg/cm2.

Nota : les remarques sur la quasi-linéarité des courbes s'appliquent également à cetabaque.

Aboquo de déterminotion des pressions d'injections Piq en fonction de Q , P g et k

Fifl. 7 ~ Puits d'injection

- 14 -

9 - PRESSION HYDRODYNAMIQUE D'INJECTION Phq ET PRESSION DE FRACTURATION

La pression de fracturation des roches ne doit pas être dépassée par lapression hydrodynamique d'injection afin que l'eau du Dogger ne puisse envahir lescouches sus-jacentes. En effet, soumises par l'eau à une contre-pression dirigée debas en haut et éga]#à leur poids, les couches sus-jacentes peuvent commencer à sesoulever et s'ouvrir si l'eau d'injection pénètre leurs fissures.

Cette pression de fracturation correspond à la pression subie par lescouches immédiatement sus-jacentes et calculée en tenant compte de la densité"humide" des couches surincombantes et de leur épaisseur.

Cette pression de fracturation est donc le poids d'une colonne unitéhaute de 1 700 m et dans laquelle on peut estimer :

- que la moitié des roches sont argileuses et que, saturées à 60~:%. d'eau,elles ont une densité de 1,60 ;

- que la moitié des roches sont calcaires et gréseuses et que,, saturéesà 40 % d'eau„. elles -¡orit'ncine 'ddnsité'^de 1,90.

La pression de fracturation est donc de

Ç ' * ' ) 1 700 = 297Dmètres d'eau aufzp kgl

La pression de gisement au niveau du Dogger est égale au poids d'unecolonne d'eau comprise entre le toit du Dogger et le sol, augmentée de la pressionde gisement au sol.

Les roches subissent donc déjà naturellement, à la base du tubage, unepression de :

190 kg/cm2 -, 185 kg/cm2 ; 180 kg/cm2

selon les valeurs dé pression de gisement.

La surpression provoquée par l'injection ne doit donc pas dépasser lesvaleurs de :

- 190 = 107 kg/cm2 ¡ 297 - 185 = 112 kg/cm2 ; 297 - 180 = 117 kg/cm2.

Ainsi pour Phq (Phq = Phqi' - Phqd) égal à 75,4 kg/cm2 (correspondant àQ = 200 m3/h et k = 0,1), la marge de sécurité est de : 107 - 75,4 = 21,6 kg/cm2.

Pour Phq = 57 kg/cm2 (Q = 150 m3/h ; k = 0,1), la marge montera 50 kg/cm2.

Lorsque la pression de gisement est de 15 kg/cm2, il faut s'attendre àdisposer d'une marge de sécurité de 51,8 kg/cm2 pour Q = 200 m3/h et de 55 kg/cm2

pour Q = 150 m3/h.

10 - PUISSANCES DE POMPAGE UTILISEES

Les puissances de pompage Pcv correspondant soit à la pression de débitPdq, soit à la pression d'injection Piq, sont données par la formule :

Q x Pdq (pu Piq) x 100P C V 27 x 70

avec Pcv en chevaux• Q en m3/h

et un rendement des pompes de 70 %.

- 15 -

En admettant une pression utilisable de 5 Kg en tête du puits de produc-tion, les tableaux suivants donnent les puissances correspondant aux différentsdébits et valeurs de Pdq (ou Piq), les perméabilités retenues et les différentespressions artésiennes envisagées.

10.1 - Extraction (Pdq)

K = 0,4

50

100

150

200

K = 0,1i

50

100

150

200

Pg 20

0

0

0

0

Pg 20

¡0

18

104

247

Pg 15

0 •

0

• 0

34

•Pg 15

0

44

144

300

Pg 10

0

6

35

88

-Pg 10

9

70

185

353

10.2 - Injection (Piq)

K - 0,4

50

100

150 .

200 •

K = 0,1

50

100

150-

200

Pg 20

68

136

204

272

Pg 20

107

214

321

428

Pg 15

55

110

165

220

Pg 15

94

188

282

376

Pg 10

43

86

129

172

Pg 10

81

164

245

328

11 - PUISSANCE THERMIQUE DISPONIBLE - •

La puissance thermique disponible Pth est fonction du débit G), de lachute de température utile dans l'échangeur At et de la chaleur spécifique C del'eau : -•

x C x AtPth =

1000

QÙ Pth. est exprimé en kilothermiesQ en mVheureC = 1At fixée par exemple à 35°.

Les-résultats figurent dans le tableau ci-dessous.

• Débit

50

100

150

200

m3/h

m3/h

mVhm3/h

Puissance thermique

1,750

3,500

5,250

7,000

kilothermie

kilothermiesii

- 17 -

V - CONCLUSIONS SUR L'ETUDE HYDRODYNAMIQUE

L'obtention d'un débit d'eau chaude de l'ordre de 150 m V h à la tempéra-ture de 70° est réalisable.

Pour une perméabilité de 0,4 darcieî; et une pression au sol de 15 kg, leforage sera alors artésien et fournira une pression de service supplémentaire de5-6 Kg.

Le forage sera encore artésien pour une pression de gisement de 10 kg.

Pour cette perméabilité de 0,4 darcier , l'exploitation peut, dans tousles cas, être portée à un débit de 200 m3/h, le pompage nécessaire au relèvementde l'eau ne dépassant pas une hauteur de 35 m (3,5 kg] dans le cas le plus défa-vorable.

Pour une perméabilité de 0,1 darcier, on peut espérer obtenir 150 m V havec une pression de 15 kg par un pompage à 150 m de profondeur.

Mais l'étude montre que la perméabilité est d'un effet déterminant surles caractéristiques des équipements. Dans les deux exemples moyens cités ci-dessus, elle détermine la nécessité d'acquérir ou de ne pas acquérir de pomped'extraction.

La détermination des perméabilités par pompage d'essai après réalisationdes deux forages devra donc être faite avec soin.

Si le forage présente un artésianisme suffisant, les pompages d'essaipourront se faire sans pompe d'extraction. A défaut, il conviendra de demander àl'entreprise de forage de disposer d'une pompe immergée capable de débiter 150 m3/hen puisant l'eau à 150 m de profondeur au moins.

Au cours de chaque essai, le puits d'injection servira de piézomètre.L'eau extraite devra être rejetée dans une rivière (la Marne par exemple] de débitsuffisant (de l'ordre de 150 m3/h x 20) afin d'abaisser la température du mélangeà 13° environ et sa salinité à 1,5 g/1.

Fig. 8-Disposition de paires de doublets

2 km S oVo

1 - position des têtes de puits distantes de 1km

2-position des têtes de puits distantes de 0 , 5 k m

3-position des têtes de puits de 2 doublets normaux

fig. 8a

250

500

750

1000

-1250

1500

inclinaisons des forages correspondant

aux cas 1 , 2 , 3 fig 8 a

fig. 8b

M750

1850

- 18 -

VI - REALISATION DES FORAGES

1 - GENERALITES

1.1 - Forages inclinés

Les forages distants de 1000 m peuvent être verticaux ou inclinés. Dansce dernier cas, les têtes de.puits seront regroupées avec toutes les autres instal-lations en un seul point. Cet encotnbrement moindre en surface peut présenter desavantages certains. En échange, les forages seront quelque peu allongés. Cfig. B].

1.2 - Forage d'extraction

Le forage d'extraction doit obligatoirement comprendre une partie verti-cale de longueur et de diamètre suffisants pour contenir la pompe d'extraction sicelle-ci est indispensable.

Le diamètre du tubage vertical sera alors de l'ordre de 10 3/4" mais ilconviendra de se renseigner d'abord sur le diamètre d'une pompe pouvant fournir ledébit qui sera choisi (une garde de 1" de part et d'autre du diamètre de la pompeest nécessaire]. Une pompe pouvant fournir un débit de 120 - 150 m3/h a un diamètrede l'ordre de 220 mm et passe donc dans le tube de 10 3/4".

La longueur du tubage wertical--.sera.de l'ordre de 170 m pour un pompageà 132 m (150 m3/h avec Pg = 15 m et K = 0,1) ou 270 m pour un pompage à 23B m(200 m3/h avec Pg = 15 m et K = 0,1).

1.3 - Forage d'injection

Le forage d'injection devra être muni d'un système de surveillance anti-pollution en raison des pressions qui y sont exercées. Ce système doit permettrede prévenir la rupture du tubage et l'invasion des nappes superficielles par leseaux d'injection. Il consistera à doubler le tubage d'injection de 0 7" par untubage 0 9 5/8" sur une hauteur de 350 m environ. Après cette profondeur, le tubagedéjà enfoncé de 150 m dans la craie très peu perméable pourra être réduit au tubede 7". Un liquide neutre (GAS-OIL) pourrait être placé entre les 2 tubes. Le contrô:le de"'sa pression permettrait le contrôle de l'étanchéité du système.

Par rapport à l'importante nappe artésienne de l'Albien, on remarqueraque la pression d'injection de 75 Kg pour 150 m3/h (avec Pg = 15 et K = 0,1) estégale à la pression de cette nappe (75 Kg) et que les risques de fuite sont alorsinexistants.

1.4 - Cas de deux doublets (fig. 8)

On peut implanter deux doublets, donc obtenir une puissance thermiquedouble à condition que les extrémités profondes des forages d'injection soientespacées de 2 Km, ainsi que celles des forages d'extraction. Il est possible derapprocher les deux paires de têtes de puits des doublets en réalisant des foragesplus inclinés. Mais vouloir regrouper les 4 têtes de puits en un seúl:'.ppiñ£jexige-Tait: une inclinaison des forages aux limites des possibilités pratiques. Aussi nepeut-on guère penser rapprocher les 2 paires de têtes du puits à moins de 1 Km. Ceciimposerait à chaque forage incliné selon les arêtes d'une pyramide régulière,un iangle de 30° avec la verticale.

- 19 -

1.5 - Intérêt de l'acidification

Avant la mise en production, l'injection d'acide dans chaque forage parles méthodes classiques et souvent utilisées d'acidification (injection SOUS pres-sion en plusieurs fois d'acide dilué] a de fortes chances d'élargir les fissureset les pores au voisinage des forages. Cet agrandissement des voies de circulationde l'eau aura pour effet d'augmenter la perméabilité dans la région des plus fortespertes de charges et, diminuant les grandeurs Pdq et Piq, d'augmenter les débits.

2 - PROGRAMME DE FORAGES DIRIGES

Le programme de forage peut être envisagé de la manière suivante :

2.1 - Génie civil

Préparation de l'aire de forage : aire libre de 100 m x 100 m ¡ bourbierde 400 m3.

La consommation d'eau industrielle est de l'ordre de B0 m3/j et de 70 à100 m V h en cas de pertes totales.

2.2 - Déroulement

- Forage en 0 17 1/2" jusque vers 30 m.r Tubage en 13 3/8" posé vers 30 m et cimenté au jour.- Reprise du forage en 0 12 1/4" jusque vers 350 m.- Tubage en 0 9 5/8" cimenté au jour.- Forage en déviation dirigée en 8 1/2" jusqu'au toit du Dogger vers

1 900 m compte tenu de l'augmentation par déviation.- Tubage en 7" vers 1 900 m posé à 300 m avec un hanger et cimenté^ l'in-

tervalle entre les tubes 9 5/8"et 7" étant rendu étanche et rempli d'unliquide' neutre par la suite. -

- Forage du réservoir en 0 5 5/8" jusqu'à la base du réservoir vers 2 040 m.Eventuellement, carottage partiel ou total puis alésage en 6".'

Puits coproduction . ; •

. -.Tubage guide sur 15.à 20 m. 0 18 5/8".-. - Forage en 0 15" jusqu'à-350 m.

- Tubage en 0 10 3/4" posé vers 350 m et cimenté jusqu'au jour.- Forage en déviation dirigée en 0 8 1/2"'jusqu'au toit du Dogger vers

1 900 m.- Tubage en 0 7" vers 1 900 m posé vers 270 m de profondeur avec un hangeret cimenté.

- Forage du réservoir en 0 5 5/8" jusqu'à la base vers 2(040 m ; carottagepartiel et alésage à 6". •

2 . 3 - Programme boue • • .

Phase de_forage_0 22"_et 15" dujDUits de production

Boue bentonitique : viscosité : 80" à 60"densité : 1,05 à 1,10filtrat : 20<cc/30 mn.

- 20 -

Çhase_de_forage_0_B_1/2"_ggur_les_deux_guits

Boue bentonitique avec lignasulfonates, améliorée au CMC et contenant5 à' 8 H d'huile :

viscosité : 50"densité : 1,05 à 1,10filtrat : inférieur à 10 cc/30 mn

ou

Boue inverse (phase huile émulsionnée dans l'eau].

Eau claire alourdie avec du sel.

2.4 - Composition des tubages

La composition des tubages en matériel pétrolier classique, pour un pro-gramme économique et qui devrait être éventuellement revu suivant les problèmes posés par la corrosion, pourra être la suivante :

- Tubage 0 13 3/8" :nuance d'acier H 40 - épaisseur : 8,38 mm - poids : 48 livres/pied

- Tubage 0 9 5/8" :- épaisseur : 8,94 mm - poids : 36 livres/pied

- Tubage 0 7" : de 0 à 1 900 m environ :nuance d'acier J 55 - épaisseur :.8',05. .mm ,- poids..: 23 livres/pied

- Tube 0 18 5/8" :nuance d'acier H 40 - épaisseur : 11,05 mm - poids : 87,5 livres/pied

- Tube 0 10 .3/4" :- épaisseur : 8,89 mm - poids : 40,5 livres/pied

- Tubage 0 7" : de 270 à 1 900 m environ :- épaisseur ': ' 8.,0.5: mm - poids : 23 livres/pied.

2.5 - Opérations S.P.E. (diagraphies)

Le programme proposé pour le puits de production et le puits d'injectionpourra être le même, à savoir :

- induction log électrique sur le découvert

- diamétreur pour contrôle du trou avant la descente du tubage 0 7"

après_la P°se_du_tubage_0_7"

Cement Bond Log pour contrôler la cimentation

- Latérolog 7, polarisation spontanée- densité de formation compensée, microdiamétreur.

- 21 -

2.6- Programme d'essais sur le réservoir

Essai_de débit

Le Dogger étant artésien, l'essai de débit pourra être facilement mis enoeuvre "en remplaçant l'eau utilisée en forage par de l'eau douce; Le pompage parair lift sera envisagé mais en cas de faible artésianisme, le pompage d'essai défi-ni au paragraphe V, exigeant la pose d'une'pompe provisoire, devrait être envisagé.

Essai_d^injection

Des essais d'injection pourront être effectués.

3 - EQUIPEMENT DES PUITS

- Il est préférable de commander le groupe de pompage immergé au vu desrésultats des pompages d'esiai. Compte tenu des délais de livraison, cet-te pompe ne pourra être mise en place qu'avec un appareil de servicing.

- Le tubing de refoulement aura un diamètre de 6".

- La tête de puits à 3 vannes devra être calorifugée et munie de clapet(s]anti-retour et de manomètres.

- Il est préférable de commander le groupe d'injection installé en surfaceau vu des résultats des pompages d'essai.

- La tête de puits à 3 vannes sera munie de manomètres. Un clapet anti-retour devra être prévu.

Les deux puits devront être équipés d'une protection cathodique.

i

4 - DELAIS

Les délais donnés ci-après sont valables à compter de la date de l'appeld'offre ou de.la commande.

4.1 - Appareil de forage

Les appareils de forage répondant aux caractéristiques requises ne sontpas libres avant quatre mois.

4.2 - Tubes de casing et tubing

10 à 15 mois. Les prix facturés sont ceux qui sont en vigueur au momentde la livraison.

4c3 - Tête de puits

10 à 12 mois.

4.4 - Pompes

Groupe immergé :' Les groupes de pompage immergés répondant aux spécifica-tions-requises ne sont pas, à notre connaissance, fabriqués en France. Il faut comp-ter un délai de fabrication de 6 à 8 mois.

Groupe d'injection installé en surface : 12 à 18 mois.

- 22 -

VII - DEVIS ESTIMATIF

Cet estimatif comprend :

- la réalisation d'un forage de production et d'un forage d'injectionau Dogger conduits en déviation dirigée ;

- l'équipement des puits jusqu'en tête ;- les pompes.

Cet estimatif ne comprend pas :

- les installations de surface ;- les frais de service et d'ingénierie.

Les prix indiqués ci-dessous sont estimatifs. Ils ne pourront être connusavec exactitude que lorsque le choix du matériel et les appels d'offres auront étéréalisés. Ils s'entendent hors taxes et valables au 1er août 1974. Ils devront êtreactualisés en conséquence.

1 - FORAGE

- Génie civil 100 000 FF

- Amenée de l'appareil de forage, montage, ripage .de ¡1'áp--pareil sur une distance égale ou inférieure à 10 m,repli * 380 000 FF

- 2 forages à 1 860 m y compris : outils, fraises à diamant,produits à boue, déviation dirigée par société de service,descente des tubages, attentes pour contrôle du trou,cimentation et prise 2 000 000 FF

- Tubes de casing 820 000 FF

- Fourniture et pose du hanger, location de l'outil de

pose, par société de service 80 000 FF

- Habillage des colonnes 30 000 FF

- Fourniture de ciment et cimentation par société deservice 200 000 FF

- Logs S.P.E, par société de service 100 000 FF

2 - ESSAI DE POMPAGE 120 000 FF

3 - EQUIPEMENT DES PUITS

- 2 têtes de puits 110 000 FF

- Protection cathodique des 2 puits, étude comprise 120 000 FF

Total à reporter 4 060 000 FF

* Ce prix varie entre 300 000 et 400 000 FF suivant la distance entre la base dedépart de l'appareil et le lieu de forage.

- 23 -

Report 4 060 000 FF

4 - GROUPE,DE POMPAGE

A déterminer après essais :

- Pompe immergée dans forage de production. Appareil deservicing. Mise en place et essais.par société de service,prévoir .. 250 000 FF

- Tube de refoulement du puits de production 50 000 FF1

- Pompe de secours, prévoir 200 000 FF

- 2 pompes d'injection installées en surface dont 1 desecours 500 000 FF

TOTAL S 0B0 000 FF

Imprévu 5 %..... 250 000 FF

5 3.1'0 000 FF

- 24 -

VIII - CONCLUSIONS GENERALES

L'étude a montré qu'il est possible d'extraire 150 m3/h d'eau artésienneà 70°C si la perméabilité est bonne, et le même débit en pompant à la profondeur de132 m si la perméabilité est réduite au quart de la valeur estimée pour le casprécédent.

L'incertitude sera levée par des "pompages d'essai" sur les forages. Le.premier essai réalisé sur le forage d'injection qui devra être entrepris en premierlieu permettra de connaître la perméabilité, la pression de gisement, les qualitésde l'eau.

Gn pourra ensuite choisir le type d'extraction [pompage ou artésianisme)et définir les caractères du forage d'extraction à l'aide des abaques donnéB-dans",cette étude.

Le coût dé l'installation peut être estimé à 5 3Î0 000 FF hors taxe etfrais d'ingénierie. Une économie de 500 000 FF environ (sans compter une réductionde l'énergie de pompage) est possible en cas d'exploitation par artésianisme.

Il est possible de réaliser un second doublet permettant d'extraire uneénergie thermique double.

Le contrôle de la bonne conservation de l'équilibre chimique dans lesforages pourra être assuré en permanence par la pose d'un pH-mètre.

Les précautions contre les risques de pollution comprennent, outre lesclassiques contrôles de cimentation, la pose d'un double tubage au forage d'injec-tion sur une hauteur suffisante au voisinage du sol. L'étanchéité du système seracontrôlée par la détection des variations de la pression du fluide intercalé entreles deux tubages. Pendant les pompages d'essai, l'eau salée extraite devra êtrerejetée dans un milieu où elle sera suffisamment diluée pour ne plus être- nocivepour l'environnement naturel.

Planche I

500

000

500

2 000 _

W - N W

ACHERES 1 CARRIÈRES /SEINE

NWE_SE

PONTCARREl

SE

FAVlERESEmerainville

(projection orthogonale)

Craie

Crétacé supérieur

Argiles du Goult (Albien su

Sables verts ( Albien )

Crétacé inférieur indifférencié

Portlandien

Kimmeridgien

Repèreoolithique

Coupe N W - S E passant par les foragesd'Achèresl, Carrières-sur-Seine,

Pontcarré 1, et Favières 1

LEGENDE

Calcaire à silex et craie à silex

— Í I Calcaire marneux ou craie marneuse

grès, sable

grès argileux

Calcaire dolomitique

C alcaire oolithique

Calcaire fossilifère

Calcaire gre'seux

— i argile,marne

glauconiex x

A

pyrite

gypse

\ AAchèresT1

G

0 5 10i i i

CARTE DE

J

) Cor ne res/Seine

yjfpARisli

(

15 20km \i I N

SITUATION

\ )V / Emeramville

)

\

r n ^ ^ 1

>

x—-

i Pontcarré 1

X

\ Favièresl

>-

Planche

+ 100

o

500

1 000

1 500

2 000 J

sw.

CORBEIL 1 PONTCARRE PCI

EmerainviHe(projection orthogonale)

COUPVRAY Cyl

Le grand Morin

E N E

COULOMMES Be 2

Crétacé supérieur

Argiles du Gault { Albien supérie

Sables verts { Albien inférieur)

Crétacé infe'rieur

Purbeckien

Portlandien

Kimmeridgien

Lusitanien calcaire

Lusitanien argileux

Lusitanien inf.r et oxfordien

aïïôvien

Repèreoolithique

i

-

o

•

1 -

Coupe géologique passant

à 4 k m au S E cTEmerainville

LEGENDE

Calcaire a silex et craie àsitex

Calcaire marneux ou craie marneuse

Calcaire dolomitique

Calcaire oolithique

Calcaire fossilifère

Calcaire gre'seux

= - =

x x

• •

A A

grès, sable

grès argileux

argile, marne

glauconie

pyrite

avDse

10 km

PARIS

\

x*X

Corbeil A

CARTE DE

Emerainville

/

/

r-0. Corbeil 1

SITUATION

Meoux^ \ C

l f l rn8 J i ^ ^ ^ " ^ Coulommes

•"" > Coupvray B e ¿

X Cyl

<í>- Ponîcarré/ Pel

N

A

0 5 10 15 20 km< i I I I